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杨木刨花与氯氧镁胶黏剂胶合机理与界面增强研究

郑妮华  
【摘要】:利用脲醛类树脂胶黏剂制备的刨花板存在甲醛含量高、有机物挥发(VOC)高、耐热性差、耐水性差等缺点,氯氧镁胶黏剂(Magnesium oxychloride adhesive,MOA)是一种耐水阻燃、不含有甲醛、无有机挥发物的胶黏剂。因此,本研究采用MOA与杨木刨花制备氯氧镁胶黏剂刨花板(MOPB),应用模糊综合评判法对制备工艺进行了多指标优化。在优化配方和工艺的基础上,利用粉煤灰、大豆蛋白、硅烷偶联剂(KH560)对其进行增韧改性制备及界面增强研究,阐明了MOPB的胶合、改性及界面增强机制。研究结果如下:1.MOPB水化反应主要生成5.1.8相及3.1.8相结晶,晶须以物理“胶钉”的形式填充在木材细胞腔中,随着机械挤压作用力在胶合界面处形成“弱界面层”。MOA中的羟基与木材纤维素分子链上的羟基发生脱水缩合反应产生胶合作用。当Mg O/Mg Cl_2摩尔比(M值)=5、H_2O/Mg Cl_2摩尔比(H值)=15、施胶量(R)=70wt%、养护天数(D)=28d时,MOPB中的5相晶体含量达到70%;静曲强度(MOR)为13.11MPa;弹性模量(MOE)为2600MPa;吸水厚度膨胀率(TS)为2.36%;总产烟量(TSP)最大值为0.167m~2;热释放速率(HRR)最大值为24k W/m~2,达到国家标准GB 8624-2012中B1型刨花板的要求。2.粉煤灰(FA)改性MOPB时,粉煤灰中的Si-O与Al-O离子键发生“断裂—解聚—重聚”,缩聚成具有高分子链状结构的水化硅酸钙C_(13)H_(36)Si_4(C-Si-H)凝胶体系,与MOA晶须结构交织填充,构成相互穿插的“骨架”结构,有利于受力形变时的弹性回复。当粉煤灰添加比例=15wt%时,MOPB-FA的MOR比改性前提高24.5%;MOE提高了76.7%;TS数值减少了85.2%;TSP最大值减少了13%;HRR最大值减少了8.3%。3.大豆蛋白(SPI)改性MOPB时,蛋白质肽链上的氨基-NH与MOA中的Cl~-发生离子配位反应生成NH_4Cl结晶。同时,SPI促使MOA水化反应更充分,5相结晶含量增加至80%。当SPI添加比例=3wt%时,MOPB-SPI的MOR比改性前提高了35.2%;MOE提高了99.7%;TS数值减少了76.6%,TSP最大值减少了69.46%;HRR最大值减少了61.8%。4.采用浓度3wt%的NaOH溶液预处理杨木刨花后,硅烷偶联剂(KH560)增强MOPB胶合界面处理时,KH560中的硅氧Si-O基团在MOPB水化反应过程中分解生成硅醇,提高了胶合界面反应活性,增强了界面相容性。对MOPB、MOPB-FA、MOPB-SPI界面增强处理,分析对比结果表明MOPB的界面增强效果最佳。当KH560添加比例=5wt%时,与界面增强前的MOPB相比,MOPB-KH的MOE提高了63.5%,MOR提高了27%,TS数值降低了71.4%,TSP最大值增加了14.97%;HRR最大值减少了9.2%。


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